CN107036508A - 发动机动态气门间隙信号检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机动态气门间隙信号检测装置及方法，它安装在发动机配气机构上，包括检测摇臂，所述检测摇臂一端竖直设置有信号触发挺杆，所述信号触发挺杆底面设置有凸轮，所述检测摇臂另一端竖直设置有顶针；所述顶针底部连接有气门杆，所述检测摇臂的臂表面水平设置有信号检测单元，所述信号检测单元另一端底面与顶针顶部接触；所述信号触发挺杆和信号检测单元分别与信号处理模块连接。本发明具有气门间隙信号标定模式和气门间隙信号处理模式，结构简单，将以上两种模式配合检测，形成了上述发动机动态气门间隙信号检测方法，该检测方法不受发动机及外界振动影响，可靠性好，测量精度高，分析计算方便，适应性较强，重量轻，便携性强。

Description

发动机动态气门间隙信号检测装置及方法
技术领域
本发明涉及发动机测试技术领域，具体地指一种发动机动态气门间隙信号检测装置及方法。
背景技术
目前，发动机气门间隙通常只能够在冷态即不运转的情况下通过塞尺的方法测得，尚无较好的方法测量其运转过程中的热态气门间隙。因此很多新开发机型的冷态气门间隙值的设置都是参考其他相近成熟机型而来，这样得到的气门间隙在实际使用过程中因气门的热胀冷缩未必是最恰当的，甚至会因气门间隙较小引发气门关闭不严或者气门间隙较大引发进排气效率降低等较多相关失效，因此直接对发动机动态气门间隙进行检测是避免以上失效的唯一办法，也是行业中有待解决的技术难题。
发明内容
本发明目的是提供了一种发动机动态气门间隙信号检测装置，该装置解决了塞尺不能在发动机运行中进行气门间隙测试的弊端。
本发明还提供了一种检测发动机动态气门间隙的方法，该方法解决了直接在发动机运行状态下进行气门间隙测试的技术难题。
为实现上述目的，本发明提供的一种发动机动态气门间隙信号检测装置，它安装在发动机配气机构上，它包括检测摇臂，所述检测摇臂一端竖直设置有信号触发挺杆，所述信号触发挺杆底面设置有凸轮，所述检测摇臂另一端竖直设置有顶针；所述顶针底部连接有气门杆，所述检测摇臂的臂表面水平设置有信号检测单元，所述信号检测单元另一端底面与顶针顶部接触；所述信号触发挺杆和信号检测单元分别与信号处理模块连接。
进一步地，所述检测摇臂包括上层的水平拱桥臂和下层的弓形臂，所述检测摇臂的两端分别开设有安装孔和通孔。
再进一步地，所述水平拱桥臂中段为水平面，所述水平面开设有两个螺栓孔。
再进一步地，所述信号检测单元包括采集标尺，其采集标尺为弹簧钢；所述采集标尺上开设有两个固定孔，两个固定孔分别与对应的螺栓孔通过螺栓固定；
所述采集标尺上表面设置有第一应变片，所述第一应变片位于固定孔一侧；所述信号触发挺杆的杆壁上设置有第二应变片。第一应变片和第二应变片均为1/4桥路。
再进一步地，所述第一应变片的信号输出端分别与标定信号处理模块的信号输入端和气门间隙信号处理模块的信号输入端连接，所述第二应变片与气门间隙信号处理模块的信号输入端连接；所述标定信号处理模块的信号输出端和气门间隙信号处理模块的信号输出端分别与气门间隙信号计算模块的信号输入端连接。
再进一步地，所述信号触发挺杆通过顶部的螺栓固定在安装孔内。
再进一步地，所述顶针固定在通孔上。
本发明还提供了一种利用上述检测装置检测发动机动态气门间隙信号的方法，包括以下步骤：
1)当发动机静止状态时，将检测装置安装到发动机配气机构中，同时旋转曲轴将待测气门间隙对应的活塞调整到上止点位置；然后将采集标尺上的第一应变片和标定信号处理模块的输入端连接，此时检测装置进入气门间隙信号标定模式：
a.向顶针和气门之间的间隙内依次插入不同厚度塞尺，利用采集标尺收集与塞尺相同厚度的待测气门间隙形变时所产生的微应变数据；
b.通过第一应变片将收集的微应变数据传输给标定信号处理模块，将微应变数据整理形成离散标定数据；同时，利用标定信号处理模块对离散标定数据进行拟合，得到离散标定数据曲线(该离散标定数据曲线为气门间隙Dn与采集标尺上所测微应变量μεn之间的连续曲线，)，其离散标定数据曲线的关系式为：
Dn＝kμεn+B
式中，n为塞尺插入的次数，n＝1、2、3、4、5、……；
Dn为顶针和气门尾端间隙，0≤Dn≤0.60mm；
μεn为与塞尺厚度相同的气门间隙条件下的采集标尺微应变，
k为标定系数，0.001≤k≤0.002，B为标定常量，0.40≤B≤0.60；
2)当发动机运转状态时，将第二应变片和第一应变片分别与气门间隙信号处理模块信号输入端连接，此时检测装置进入动态气门间隙信号处理模式：
a.凸轮旋转推动信号触发挺杆和检测摇臂，同时，检测摇臂绕摇臂轴旋转推动顶针运动，使得信号触发挺杆和采集标尺产生形变，
采集并记录发动机运转时第二应变片和第一应变片的应变信号为：M(t)＝με1(t)N(t)＝με2(t)，
其中M(t)、N(t)为发动机运转时信号触发挺杆和采集标尺上的应变信号,με1(t)和με2(t)测试应变片实时微应变，t为时间，秒；M(t)为采集标尺应变信号N(t)的辅助信号，检验配气机构处于受力运转状态。
b.气门间隙计算模块获取标定系数k、标定常量B和采集标尺发生形变的微应变数据N(t)代入如下公式b(t)＝kN(t)+B，得到发动机气门间隙的实时信号b(t)。
作为优选方案，所述塞尺的厚度逐渐增大，塞尺厚度为H＝h0+(n-1)x；
式中，h0为塞尺初始厚度，单位为mm，n为塞尺插入的次数，n＝1、2、3……，x为塞尺增加的厚度，x＝0.05mm。
作为优选方案，所述待测气门间隙的范围为0～0.6mm。
作为优选方案，所述步骤2)中，检测装置进入动态气门间隙信号处理模式前，先进行低通1000Hz滤波处理后输送给气门间隙信号计算模块。
本发明的有益效果在于：
本发明具有气门间隙信号标定模式和气门间隙信号处理模式，结构简单，将以上两种模式配合检测，形成了上述发动机动态气门间隙信号检测方法，该检测方法不受发动机及外界振动影响，可靠性好，测量精度高，分析计算方便，适应性较强，重量轻，便携性强。
附图说明
图1为本发明检测装置的机械结构框图；
图2为信号触发挺杆的细节图；
图3为检测摇臂的细节图；
图4为信号检测单元的细节图；
图5为信号传递图；
图6为实施例中塞尺插入检测装置的示意图；
图7为实施例中步骤1中的离散标定信号曲线图；
图8为第二应变片2.1和第一应变片4.2采集示意图；
图9为实施例中的发动机动态气门间隙信号实时示意图。
图中，凸轮1、信号触发挺杆2、第二应变片2.1、螺栓2.2、检测摇臂3、水平拱桥臂3.1、水平面3.11、螺栓孔3.1a下层的弓形臂3.2、摇臂轴孔3.21、安装孔3.3、通孔3.4、信号检测单元4、采集标尺4.1、固定孔4.11、第一应变片4.2、顶针5、气门杆6、标定信号处理模块7、气门间隙信号处理模块8、气门间隙信号计算模块9。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
如图1～5所示：一种发动机动态气门间隙信号检测装置，它安装在发动机配气机构上，它包括检测摇臂3，检测摇臂3包括上层的水平拱桥臂3.1和下层的弓形臂3.2，检测摇臂3的两端分别开设有安装孔3.3和通孔3.4；水平拱桥臂3.1中段为水平面3.11，水平面3.11开设有两个螺栓孔3.1a。
信号触发挺杆2通过顶部的螺栓2.2固定在安装孔3.3内；信号触发挺杆2底面设置有凸轮1，检测摇臂3另一端竖直设置有顶针5；顶针5底部连接有气门杆6，检测摇臂3的臂表面水平设置有信号检测单元4，信号检测单元4另一端底面与顶针5顶部接触；
信号检测单元4包括采集标尺4.1，其采集标尺4.1为弹簧钢；采集标尺4.1上开设有两个固定孔4.11，两个固定孔4.11分别与对应的螺栓孔3.1a通过螺栓固定；采集标尺4.1上表面设置有第一应变片4.2，第一应变片4.2位于固定孔4.11一侧；信号触发挺杆2的杆壁上设置有第二应变片2.1。第一应变片4.2和第二应变片2.1均为1/4桥路。
采集标尺上第一应变片4.2的信号输出端分别与标定信号处理模块7的信号输入端和气门间隙信号处理模块8的信号输入端连接，信号触发挺杆高温上第二应变片2.1与气门间隙信号处理模块8的信号输入端连接；标定信号处理模块7的信号输出端和气门间隙信号处理模块8的信号输出端分别与气门间隙信号计算模块9的信号输入端连接。
如图6所示：上述检测装置检测发动机动态气门间隙信号的方法，包括以下步骤：
1)当发动机静止状态时，将检测装置安装到发动机配气机构中，同时旋转曲轴将待测气门间隙对应的活塞调整到上止点位置；然后将采集标尺4.1上的第一应变片4.2和标定信号处理模块7的输入端连接，此时检测装置进入气门间隙信号标定模式：
a.向顶针5和气门之间的间隙内依次插入不同厚度塞尺10，利用采集标尺4.1收集与塞尺10相同厚度的待测气门间隙形变时所产生的微应变数据；其中，所述塞尺10的厚度逐渐增大，塞尺厚度为H＝h0+nx；
式中，h0为塞尺初始厚度，单位为mm，n为塞尺增加厚度次数，n＝0、1、2、3……，x为塞尺增加的厚度，x＝0.05mm；
b.通过第一应变片4.2将收集的微应变数据传输给标定信号处理模块7，将微应变数据整理形成离散标定数据；同时，利用标定信号处理模块7对离散标定数据进行拟合，得到离散标定数据曲线见图7(该离散标定数据曲线为气门间隙Dn与采集标尺4b上所测微应变量μεn之间的连续曲线，)，其离散标定数据曲线的关系式为：
Dn＝kμεn+B
式中，n为塞尺插入的次数，n＝1、2、3、4、5、……；
Dn为顶针和气门尾端间隙，0≤Dn≤0.60mm；
μεn为与塞尺10厚度相同的气门间隙条件下的采集标尺微应变，
k为标定系数，0.001≤k≤0.002，B为标定常量，0.40≤B≤0.60；
2)当发动机运转状态时，将信号触发挺杆上第二应变片2.1和采集标尺上第一应变片4.2分别与气门间隙信号处理模块8信号输入端连接，先进行低通1000Hz滤波处理后输送给气门间隙信号计算模块9；此时检测装置进入动态气门间隙信号处理模式：
a.凸轮1旋转推动信号触发挺杆2和检测摇臂3，同时，检测摇臂3推动顶针5运动，使得信号触发挺杆2和采集标尺4.1产生形变，
采集并记录发动机运转时第二应变片2.1和第一应变片4.2的应变信号：M(t)＝με1(t)和N(t)＝με2(t)见图8，
其中M(t)、N(t)为发动机运转时信号触发挺杆2和采集标尺4.1上的应变信号，με1(t)和με2(t)测试应变片实时微应变，t为时间，秒；M(t)为采集标尺应变信号N(t)的辅助信号，检验配气机构处于受力运转状态。
b.气门间隙计算模块9获取标定系数k、标定常量B和采集标尺发生形变的微应变数据N(t)代入如下公式b(t)＝kN(t)+B，得到发动机气门间隙的实时信号b(t)见图9。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种发动机动态气门间隙信号检测装置，它安装在发动机配气机构上，其特征在于：它包括检测摇臂(3)，所述检测摇臂(3)一端竖直设置有信号触发挺杆(2)，所述信号触发挺杆(2)底面设置有凸轮(1)，所述检测摇臂(3)另一端竖直设置有顶针(5)，所述顶针(5)底部连接有气门杆(6)，所述检测摇臂(3)的臂表面水平设置有信号检测单元(4)，所述信号检测单元(4)另一端底面与顶针(5)顶部接触；所述信号触发挺杆(2)和信号检测单元(4)分别与信号处理模块连接。
2.根据权利要求1所述发动机动态气门间隙信号检测装置，其特征在于：所述检测摇臂(3)包括上层的水平拱桥臂(3.1)和下层的弓形臂(3.2)，所述检测摇臂(3)的两端分别开设有安装孔(3.3)和通孔(3.4)。
3.根据权利要求2所述发动机动态气门间隙信号检测装置，其特征在于：所述水平拱桥臂(3.1)中段为水平面(3.11)，所述水平面(3.11)开设有两个螺栓孔(3.1a)。
4.根据权利要求3所述发动机动态气门间隙信号检测装置，其特征在于：所述信号检测单元(4)包括采集标尺(4.1)，所述采集标尺(4.1)上开设有两个固定孔(4.11)，两个固定孔(4.11)分别与对应的螺栓孔(3.1a)通过螺栓固定；
所述采集标尺(4.1)上表面设置有第一应变片(4.2)，所述第一应变片(4.2)位于固定孔(4.11)一侧；所述信号触发挺杆(2)的杆壁上设置有第二应变片(2.1)。
5.根据权利要求4所述发动机动态气门间隙信号检测装置，其特征在于：所述第一应变片(4.2)的信号输出端分别与标定信号处理模块(7)的信号输入端和气门间隙信号处理模块(8)的信号输入端连接，所述第二应变片(2.1)与气门间隙信号处理模块(8)的信号输入端连接；所述标定信号处理模块(7)的信号输出端和气门间隙信号处理模块(8)的信号输出端分别与气门间隙信号计算模块(9)的信号输入端连接。
6.根据权利要求2所述发动机动态气门间隙信号检测装置，其特征在于：所述信号触发挺杆(2)通过顶部的螺栓(2.2)固定在安装孔(3.3)内；所述顶针(5)固定在通孔(3.4)上。
7.一种利用发动机动态气门间隙信号检测装置检测发动机动态气门间隙信号的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)当发动机静止状态时，将检测装置安装到发动机配气机构中，同时旋转曲轴将待测气门间隙对应的活塞调整到上止点位置；然后将采集标尺(4.1)上的第一应变片(4.2)和标定信号处理模块(7)的输入端连接，此时检测装置进入气门间隙信号标定模式：
a.向顶针(5)和气门之间的间隙内依次插入不同厚度塞尺(10)，利用采集标尺(4.1)收集与塞尺(10)相同厚度的待测气门间隙形变时所产生的微应变数据；
b.通过第一应变片(4.2)将收集的微应变数据传输给标定信号处理模块(7)，将微应变数据整理形成离散标定数据；同时，利用标定信号处理模块(7)对离散标定数据进行拟合，得到离散标定数据曲线，其离散标定数据曲线的关系式为：
Dn＝kμεn+B
式中，n为塞尺插入的次数，n＝1、2、3、4、5、…….；
Dn为顶针和气门尾端间隙，0≤Dn≤0.60mm；
μεn为与塞尺(10)厚度相同的气门间隙条件下的采集标尺微应变，
k为标定系数，0.001≤k≤0.002，B为标定常量，0.40≤B≤0.60；
2)当发动机运转状态时，将信号触发挺杆上第二应变片(2.1)和采集标尺上第一应变片(4.2)分别与气门间隙信号处理模块(8)信号输入端连接，此时检测装置进入动态气门间隙信号处理模式：
a.凸轮(1)旋转推动信号触发挺杆(2)和检测摇臂(3)，同时，检测摇臂(3)绕摇臂轴旋转推动顶针(5)运动，使得信号触发挺杆(2)和采集标尺(4.1)产生形变，
采集并记录发动机运转时信号触发挺杆上第二应变片(2.1)和采集标尺上第一应变片(4.2)的应变信号：M(t)＝με1(t)和N(t)＝με2(t)，
其中M(t)、N(t)为发动机运转时信号触发挺杆(2)和采集标尺(4.1)上的应变信号，με1(t)和με2(t)测试应变片实时微应变，t为时间，秒；M(t)为采集标尺应变信号N(t)的辅助信号，检验配气机构处于受力运转状态；
b.气门间隙计算模块(9)获取标定系数k、标定常量B和采集标尺发生形变的微应变数据N(t)代入如下公式b(t)＝kN(t)+B，得到发动机气门间隙的实时信号b(t)。
8.根据权利要求7所述检测发动机动态气门间隙信号的方法，其特征在于：所述塞尺(10)的厚度逐渐增大，塞尺厚度为H＝h(0)+(n-1)x；
式中，h0为塞尺初始厚度，单位为mm，n为塞尺插入的次数，n＝1、2、3……，x为塞尺增加的厚度，x＝0.05mm；所述待测气门间隙的范围为0～0.6mm。
9.根据权利要求7所述检测发动机动态气门间隙信号的方法，其特征在于：所述步骤2)中，检测装置进入动态气门间隙信号处理模式前，先进行低通1000Hz滤波处理后输送给气门间隙信号计算模块(9)。
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